Статья продается только в составе журнала

Физики традиционно описывают Вселенную как состоящую из мельчайших субатомных частиц, которые отталкиваются от других или притягиваются друг к другу посредством силовых полей. Они называют свой предмет физикой элементарных частиц, а свои инструменты ускорителями частиц. Они придерживаются модели мира, построенной по принципу конструктора «Лего». Но такая точка зрения замалчивает один малоизвестный факт: интерпретация квантовой физики с помощью частиц, равно как и с помощью полей, размывает наше привычное представление о частице или поле до такой степени, что все больше ученых начинают думать, что мир, по всей видимости, сделан из чего-то совершенно иного. Проблема заключается не в том, что у физиков нет полноценной теории, описывающей субатомное царство. Такая теория существует, и называется она квантовой теорией поля. Теоретики работали над ней с конца 1920-х до начала 1950-х гг., они объединили созданную ранее теорию квантовой механики с эйнштейновской специальной теорией относительности. Квантовая теория поля служит концептуальной основой для Стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает фундаментальные строительные кирпичики материи и их взаимодействие в рамках единой теории. С точки зрения точности соответствия экспериментальным данным, это самая успешная теория в истории науки. Физики используют ее в своей повседневной работе для вычисления последствий столкновения частиц, образования материи во время Большого взрыва, расчетов экстремальных условий внутри атомных ядер и многого другого. Поэтому может показаться совершенно неожиданным, что физики не уверены даже в том, о чем говорит их теория, — в том, что представляет собой ее «онтологию», т.е. фундаментальную физическую картину мира. Эта потеря ориентации лежит в стороне от широко обсуждаемых загадок квантовой механики, например может ли кошка в закрытой коробке быть и живой и мертвой одновременно. Нерешенная проблема интерпретации квантовой теории поля препятствует прогрессу в направлении исследований физики, лежащей за пределами Стандартной модели, такой как теория струн. Рискованно формулировать новую теорию, когда мы не до конца понимаем ту, которую уже имеем. На первый взгляд содержание Стандартной модели кажется очевидным. Она описывает, во-первых, группы элементарных частиц, таких как кварки и электроны, и, во-вторых, четыре типа силовых полей, посредством которых эти частицы взаимодействуют между собой. Такая картина традиционно рисуется на досках в университетских аудиториях и в статьях журнала Scientific American. Однако, как бы основательно она ни выглядела, она не удовлетворительна. Начать с того, что нет четкого разделения двух категорий. Квантовая теория поля каждому типу элементарных частиц присваивает его собственное поле, таким образом, поскольку есть электрон, должно существовать и поле электрона. В то же время силовые поля дискретны, а не непрерывны, что приводит к появлению частиц, таких как фотон. Поэтому различие между частицами и полями оказывается искусственным, и физики часто говорят, что фундаментальны те или иные. Спор идет вокруг следующей дилеммы: с чем все-таки имеет дело квантовая теория поля — с частицами или с полями? Он начался как борьба титанов, с выдающимися физиками и философами по обе стороны баррикад. Но даже сейчас обе концепции все еще используются в иллюстративных целях, хотя большинство физиков признают, что классические понятия не укладываются в то, о чем говорит нам теория. Если мысленные образы, порождаемые словами «частица» и «поле», не соответствуют тому, что утверждает теория, задача физиков и философов — придумать, что именно следует поместить на их место. В ситуации, когда обе эти стандартные классические точки зрения заводят в безвыходную ситуацию, некоторые философы, занимающиеся проблемами физики, сформулировали более радикальные альтернативы. Они предположили, что большинство фундаментальных составляющих материального мира — это нематериальные сущности, такие как связи или свойства. Одна особенно радикальная идея заключается в том, что все может быть сведено к этим самым нематериальным сущностям без какой-либо отсылки к отдельным объектам. Это противоречащая здравому смыслу и революционная идея, но некоторые утверждают, что физика нам ее навязывает.

Подробнее читайте на страницах журнала "В мире науки" №4_2014